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礦山污物產(chǎn)生原因和處理工藝研究論文
【摘要】濕法提銅工藝簡(jiǎn)單、投資少、生產(chǎn)成本低，可有效開(kāi)采和充分利用低品位礦產(chǎn)資源，同時(shí)有利于環(huán)境保護，具有良好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。本文重點(diǎn)闡述濕法提銅萃取技術(shù)在某礦山的實(shí)踐應用中相間污物產(chǎn)生的原因和處理工藝的研究。
【關(guān)鍵詞】萃��；相間污物；應用
福建省某礦山是一座已探明的屬含砷低品位大型銅礦床，該礦床為上部金礦下部銅礦。上部金礦已于1992年開(kāi)始采用露天采礦一堆浸-炭漿提金工藝進(jìn)行生產(chǎn)，下部銅礦已探明銅金屬工業(yè)儲量146.5萬(wàn)t，平均品位Cu0.46%、S2.58%、As0.037%，主要目的礦物以藍輝銅礦和銅藍為主，其次為輝銅礦、塊硫砷銅礦。1995年某研究院對該銅礦進(jìn)行過(guò)詳細的傳統浮選工藝、火法冶煉工藝和三氯化鐵浸出工藝的試驗研究，但由于原礦銅品位低、含砷高，采用傳統的選冶工藝，投資大、成本高、污染重，未成功獲得工業(yè)應用，使得該銅礦成為無(wú)法利用的“呆礦”。為把該銅礦由“呆礦”變成可大規模開(kāi)發(fā)利用資源，參照國內國外成功的生產(chǎn)經(jīng)驗，通過(guò)不斷地實(shí)踐探索研究，對銅礦石采用浸出-萃取-電機工藝，成功實(shí)現工業(yè)化生產(chǎn)，2005年產(chǎn)量達1000t。并于2006年擴大規模，2007年試生產(chǎn)，達到年產(chǎn)量7000t的生產(chǎn)規模，經(jīng)過(guò)3年的努力，成功實(shí)現年產(chǎn)1萬(wàn)t規模。經(jīng)過(guò)2010~2012年新一輪的技改，2015年該礦山濕法冶銅規模突破年產(chǎn)量20000t的生產(chǎn)規模，成為國內首屈一指的生物濕法提銅企業(yè)。
1銅萃取工藝相間污物產(chǎn)生的原因
萃取過(guò)程是濕法提銅的關(guān)鍵工序。銅溶劑萃取是萃取劑和含銅溶液攪拌質(zhì)換的過(guò)程，在萃取過(guò)程中，料液中的雜質(zhì)和有機相組成的穩定乳化物，該乳化物為絮凝物，即為相間污物。它的存在使得分相速度變慢，導致分相困難，同時(shí)由于相間污物的夾帶作用造成萃取劑損失增大，增加生產(chǎn)成本。
1.1相間污物（絮凝物）的成分
相間污物（絮凝物）是一種油包水型或水包油型的乳化物，由有機相、水相和固體微粒組成，一般存在于水相和有機相之間，形成穩定的第三相。導致形成絮凝物的固體微粒，其主要成分是硅、鋁、鐵以及一些由α-石英、云母、粘土、鐵礬和石膏組成的晶體礦物。物相分析表明，該工廠(chǎng)絮凝物的固體微粒中硅以SiO2膠體、鋁以Al（OH）3膠體、鐵以Fe（OH）3膠體形式存在，它們組成了絮凝物的基本骨架。
1.2相間污物（絮凝物）的產(chǎn)生原因
相間污物（絮凝物）產(chǎn)生的原因很多，主要影響因素為料液、萃取劑以及萃取操作三個(gè)方面。
1.2.1料液因素
�。�1）固體微粒的影響料液中固體微粒主要來(lái)源于料液中的懸浮物，料液中的固體微粒對絮凝物的產(chǎn)生起促進(jìn)作用，一旦被吸附到絮凝物上，它又成為一種穩定劑，使絮凝物的乳化結構更加趨于穩定。（2）有機物的影響料液中的有機物主要來(lái)源是：①植物死后的分解產(chǎn)物（如腐殖酸）和繁殖的細菌、藻類(lèi)；②浸出過(guò)程中添加的絮凝劑等表面活性劑；這些具有表面活性的有機物在酸性環(huán)境下會(huì )形成有機溶膠，導致絮凝物的形成。（3）無(wú)機離子的影響料液中無(wú)機離子主要包括可溶性硅及鐵、鋁、鈣等金屬離子。當料液pH值為2左右時(shí)，料液中的硅一般呈α形態(tài)接近于單分子狀態(tài)（即原硅酸或簡(jiǎn)單的偏硅酸），此時(shí)不致影響溶液的澄清過(guò)濾。萃取時(shí)由于料液酸度變化較大，α形態(tài)硅酸會(huì )聚集成一種巨大的疏松網(wǎng)狀結構，即β形態(tài)的硅酸聚合物，這種聚合物有較高的表面能，比表面積很大，本身又帶電荷，很容易在表面吸附有機溶劑形成中間層，而這種中間層又容易包裹料液中固體微粒產(chǎn)生“滾雪球”似的效應，使絮凝物迅速積累、膨脹。當浸出料液pH偏高，尤其是超過(guò)Fe、Al的水解pH值時(shí)，會(huì )生成Fe（OH）3、Al（OH）3膠體。采用調整料液pH值的方法可以有效地破壞膠體，使Fe、Al以離子形態(tài)出現。因此控制料液的pH值，減少膠體物質(zhì)的產(chǎn)生，對防止絮凝物的產(chǎn)生很關(guān)鍵。硫酸鈣溶解度較低，當溶液中鈣離子濃度偏高時(shí)，容易形成硫酸鈣沉淀，也會(huì )促進(jìn)絮凝物的形成。
1.2.2萃取劑的影響
銅萃取過(guò)程中，萃取劑與料液和反萃劑長(cháng)期反復接觸，會(huì )通過(guò)貝克曼重排、水解、氧化、磺化、硝化等途徑逐漸降解，降解產(chǎn)生含羰基、羧基、羥基及酰胺等具有表面活性的極性?xún)捎H分子。當這些降解產(chǎn)物積累到一定濃度時(shí)，會(huì )顯著(zhù)降低兩相的表面張力，形成絮凝物。另外在電積過(guò)程中，采用純鉛板或Pb-Sb二元合金做陽(yáng)極時(shí)，脫落物通常呈粉狀而彌散在整個(gè)電解液體系中，這些脫落物一般是由PbO2、CaO2以及MnO2組成，具有極強的氧化性，在反萃時(shí)它們被夾帶進(jìn)入反萃段，導低碳技術(shù)致萃取劑的氧化降解，使萃取劑的萃取能力下降，嚴重時(shí)將導致萃取劑中毒使萃取無(wú)法正常運行。
1.2.3萃取操作的影響
�。�1）空氣的卷入空氣卷入有機相有兩種途徑：①攪拌速度控制不當，液面形成渦流，空氣從混合室上部進(jìn)入有機相；②混合室較小而葉輪轉速較快，空氣從混合室底部進(jìn)入有機相。因此，除了控制穩定、適宜的攪拌強度以外，對混合室和葉輪也有一定的要求，通常要求葉輪直徑在混合室寬度的2/3~3/4倍之間�？諝獾挠绊懼饕憩F在固體微粒對氣體的吸附作用上，在攪拌過(guò)程中，空氣被分散成細小氣泡后，與絮凝物包裹在一起，形成一種粘著(zhù)力很強的絮凝物氣囊，進(jìn)一步促進(jìn)了絮凝物的產(chǎn)生。而且由于空氣的影響，絮凝物體積膨脹，比重輕于有機相，于是絮凝物便充斥在整個(gè)有機相中，并浮到有機相上層形成漂浮絮凝物。（2）相連續選擇不合理根據絮凝物的特性，油包水型的絮凝物其大部分體積應該在水相中，水包油型的絮凝物其大部分體積應該在有機相中。因此，為了使生成的絮凝物存在于水相中，或者至少是將絮凝物體積壓縮在界面上，不向有機相擴散，就必須使萃取保持有機相連續。正常條件下，相比O/A在1.1～1.2之間就能保證有機相連續，但當料液中含有一定的固體微�；蚰z體物質(zhì)時(shí)，有機相連續就很難保持，容易造成萃取轉相，生成水包油型的絮凝物，分散在有機相中。將相比O/A調整到1.3以上，能有效地解決有機相連續、容易轉相和絮凝物漂浮在有機相中的問(wèn)題，大幅度減少絮凝物的產(chǎn)生。（3）絮凝物沒(méi)有定期處理產(chǎn)生的絮凝物如果得不到及時(shí)處理，當積累到一定程度時(shí)，混合室最佳的相連續就會(huì )失調。絮凝物在有機相中積累，由于逆流操作，有機相將絮凝物帶入有機相儲槽和反萃系統，造成反萃混合室轉相，直至整個(gè)系統失調，整個(gè)萃取箱中均充滿(mǎn)絮凝物，這種現象在工業(yè)上稱(chēng)“泥流”。大多數工廠(chǎng)的生產(chǎn)經(jīng)驗都表明，及時(shí)處理積累的絮凝物是解決“泥流”的最好方式。
2銅萃取工藝相間污物處理工藝
銅萃取工藝中，為保證萃取效果，必須及時(shí)處理相間污物，以便回收有機相。常規方法有人工攪拌回收法、攪拌壓濾法、高效離心法。選擇何種方法視具體情況，但人工攪拌回收不事宜大規模生產(chǎn)。福建某濕法冶煉廠(chǎng)采取攪拌壓濾法，取得了良好的效果，該礦山每年產(chǎn)生大量的相間污物，具體情況見(jiàn)表1。為處理相間污物，用泵將絮凝物抽取至攪拌桶內，添加活性白土，攪拌大約30min，進(jìn)入壓濾機壓濾，三級澄清后，回收有機相，壓濾機濾餅作危險廢棄物處理。相間污物主要處理流程：
2.1相間污物收集
將含有相間污物負載有機槽內有機相（相間污物厚度大于1m時(shí)）用泵抽進(jìn)攪拌桶，加至約占攪拌桶體積5/6，然后開(kāi)啟攪拌機。
2.2添加活性白土并攪拌
往攪拌桶中慢慢加入活性白土，加入量約1m3有機相7.5kg，活性白土添加完成后，繼續攪拌30min，然后開(kāi)泵泵入壓濾機壓濾。
2.3壓濾
開(kāi)啟板框壓濾機，單臺壓濾機處理攪拌后混合物時(shí)間約4小30分，若兩臺壓濾機同時(shí)開(kāi)機處理，處理20m3有機相約2小時(shí)15分。
2.4澄清及過(guò)濾
將壓濾處理后的有機相打入西恩罐，在西恩罐靜置1h后，先放水干凈，再放油進(jìn)入保安過(guò)濾器，經(jīng)保安過(guò)濾器過(guò)濾后的有機相返回萃取系統（B/D）。詳細流程見(jiàn)圖1。
3結論
為保證萃取過(guò)程的質(zhì)量，控制料液中的固體及雜質(zhì)含量，規范萃取過(guò)程操作，定期處理污染物是很有必要的。采取活性白土并通過(guò)攪拌污染物，過(guò)濾澄清后，能去除相間污物，迅速恢復萃取劑的化學(xué)活性。
作者:朱德才 單位:紫金礦業(yè)集團股份有限公司
參考文獻
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